有趣的機(jī)械之金木水火土

中國古代認(rèn)為天下萬物都是由金、木、水、火、土五種元素組成的，五行就是指這五種元素的運(yùn)動變化。

本期，且看“未來愛迪生”們?nèi)绾螐奈逍兄械玫届`感，將其運(yùn)用到發(fā)明創(chuàng)造中，從而使設(shè)計(jì)的作品更加有趣，更加實(shí)用。

水之空氣凈化器

目前市場上售賣的室內(nèi)空氣凈化器多為被動式空氣凈化器，即采用“離心風(fēng)機(jī)+HEPA（高效空氣過濾器）濾網(wǎng)”的工作模式，雖然高效安全，但濾網(wǎng)容易被細(xì)顆粒聚集堵塞，使得更換和維護(hù)成本較高。

一次我在醫(yī)院病房中發(fā)現(xiàn)，醫(yī)用氧氣都要通過干凈的水后，再給病人呼吸用。這給了我靈感，水性至善至柔，可容納萬物。那么，如果讓污染的空氣通過干凈的水，不就可以達(dá)到去除顆粒物的目的嗎？于是，我設(shè)計(jì)了一款水空氣凈化器（如右圖）。本裝置由離心風(fēng)機(jī)、超聲波霧化器、除霧器、水霧粒子混合室、電控系統(tǒng)等組成。水空氣凈化器不是讓空氣直接通過水來完成過濾，而是首先通過超聲波霧化器，產(chǎn)生1～10微米的水霧顆粒，它們能“捕捉”空氣中細(xì)微粒子，特別是粒徑小于0.3微米的粒子。水霧“捕捉”了細(xì)微粒子后形成粒徑大于1微米的含塵水霧。最后利用除霧器將含塵水霧去除，達(dá)到空氣凈化的效果。

這種方法比起采用HEPA濾網(wǎng)，具有制造成本低、風(fēng)阻小、易于清洗等優(yōu)點(diǎn)。

遼寧省沈陽市第一二四中學(xué) 潘俊璋

指導(dǎo)老師 康 寧

專家點(diǎn)評：從不同的角度，采用新的方法去解決原有的問題，體現(xiàn)了該學(xué)生有較好的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新潛質(zhì)。建議進(jìn)一步實(shí)施科學(xué)對比實(shí)驗(yàn)，用數(shù)據(jù)分析來證明新方法的優(yōu)點(diǎn)，以及使用的效果。

金之水平打孔裝置

電鉆的鉆頭多為金屬，且尖銳鋒利，是各類工程項(xiàng)目中打孔作業(yè)的不二選擇。然而我家在安裝空調(diào)使用電鉆時(shí)，卻遇到了問題。由于操作時(shí)把握不穩(wěn)定，打的孔都有不同程度的歪曲，結(jié)果安裝的螺絲無法保持水平，影響了空調(diào)的后續(xù)安裝。

為了解決這個(gè)問題，我設(shè)計(jì)了一款可以確保水平打孔的裝置，如右圖所示。我用工程塑料板制作此裝置的垂直支架，用不銹鋼板制成此裝置的主體部分，并在上面安裝了可以滑動的導(dǎo)軌，最后在導(dǎo)軌上加裝固定鉆機(jī)用的固定套。使用時(shí)，手握電鉆，將垂直支架平穩(wěn)地靠在墻上，對準(zhǔn)預(yù)打孔的位置，啟動電鉆，逐步推進(jìn)，一個(gè)水平孔就完成了。

這款水平打孔裝置，不僅安全實(shí)用，而且可以根據(jù)不同情況更換鉆機(jī)，非常方便。

上海市民辦永昌學(xué)校 柳嘉毅

指導(dǎo)老師 楊慶國

專家點(diǎn)評：本研究體現(xiàn)出該學(xué)生對生活有一定的觀察和思考，能發(fā)現(xiàn)生活中的問題并予以可行性地解決。建議實(shí)驗(yàn)研究中進(jìn)一步增加定量的準(zhǔn)確性，考慮支架的牢固度和精確性，提升人體工程學(xué)效果。

木之可伸縮公交車扶手環(huán)

木頭的可塑性強(qiáng)，且堅(jiān)固耐用，可以用于制作很多裝置的小部件。所以，我將其用于自己的小發(fā)明。

我發(fā)現(xiàn)，中小學(xué)生在乘坐公共交通時(shí)，因?yàn)閭€(gè)頭矮的關(guān)系，有時(shí)候夠不著車上吊著的扶手環(huán)，造成乘車過程中的安全隱患。我想如果扶手環(huán)的高度是可調(diào)的就好了，于是我打算設(shè)計(jì)一款可伸縮的扶手環(huán)（如右圖）：在扶桿上設(shè)置伸縮扶手環(huán)的按鈕，當(dāng)扶手環(huán)太高，需要降低時(shí)，就按下拉伸按鈕；使用結(jié)束后，再按下收縮按鈕，扶手環(huán)就可以恢復(fù)到原來的高度了。

上海市松江區(qū)九亭中學(xué) 陳沛琪 指導(dǎo)老師 王永鑫

專家點(diǎn)評：此方法在邏輯上是可行的，創(chuàng)意簡單實(shí)用，有一定的可操作性。建議進(jìn)一步研究時(shí)，要考慮扶桿機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、使用時(shí)的效果、牢固程度與安全性等問題。

火之紅外監(jiān)控滅火系統(tǒng)

很多火災(zāi)的發(fā)展過程變化迅速，滅火措施越早投入實(shí)行就越能挽回火災(zāi)損失。所以，我想設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，它能夠自動識別高溫現(xiàn)象、發(fā)出警報(bào)，并根據(jù)實(shí)際情況自動或人工遠(yuǎn)程觸發(fā)滅火彈進(jìn)行滅火，盡可能將火情消滅在萌芽中。

這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作如工作流程圖所示。首先是采用機(jī)器視覺結(jié)合紅外線檢測，監(jiān)控可能的火源燃燒所造成的紅外線熱點(diǎn)；然后，通過立體視覺原理進(jìn)行燃燒點(diǎn)位置測定；接著，利用計(jì)算機(jī)算出發(fā)射滅火彈的合適角度和方向；最后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)射一個(gè)或若干個(gè)大小合適的滅火彈，射擊火源燃燒點(diǎn)，以達(dá)到及時(shí)滅火的目的。

對于滅火彈，可以采用外包薄塑料殼的滅火液球或者固體干冰球。它擊中火源后，能迅速降低火源區(qū)域的溫度或者隔絕氧氣，從而滅火。

此外，在系統(tǒng)安裝時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，針對不同的區(qū)域?qū)嵭胁煌挠|發(fā)級別。比如，對火鍋店或餐館烹飪區(qū)域，觸發(fā)警戒溫度閾值應(yīng)比服裝銷售區(qū)域高；再如，對烤肉店的桌子上的正?？救饣瘘c(diǎn)，可以設(shè)定厘米級的屏蔽區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)明火，不予觸發(fā)……

上海大學(xué)附屬中學(xué) 丁 璽

指導(dǎo)老師 汪玥輝

專家點(diǎn)評：本創(chuàng)意作為一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的設(shè)想，還是考慮得比較周到完整的。建議項(xiàng)目設(shè)計(jì)還要更具體化，并考慮效果達(dá)成度、可操作性、產(chǎn)品性價(jià)比等實(shí)際問題。

土之地窖通風(fēng)裝置

在我的家鄉(xiāng)，很多人家都設(shè)有地窖，平時(shí)主要用來儲存紅薯或蔬菜。雖然地窖帶來許多便利，但有時(shí)窖內(nèi)存放的紅薯、蔬菜等農(nóng)作物腐敗分解，會產(chǎn)生硫化氫、氨氣、二氧化碳等氣體。如果這些氣體越積越多，且無法溢散出去，那么人一下到地窖內(nèi)就會中毒或因缺氧窒息。

于是，我們開始冥思苦想，如何設(shè)計(jì)地窖，才能讓地窖更加安全呢？我們從非洲草原犬鼠挖的洞穴的結(jié)構(gòu)得到了啟發(fā)。如右圖所示：它們的洞穴有兩個(gè)口，一個(gè)在平地上，而另一個(gè)則在隆起的土堆上。這種結(jié)構(gòu)使得吹過平地的風(fēng)速小，穴口壓強(qiáng)大；吹過隆起土堆的風(fēng)速大，穴口壓強(qiáng)小。因此，洞穴內(nèi)的空氣存在壓強(qiáng)差，從而保證了洞穴內(nèi)的通風(fēng)。

根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，我們設(shè)想為地窖加裝一個(gè)通風(fēng)裝置（如左圖）。當(dāng)裝置上方刮風(fēng)時(shí)，空氣流速大，壓強(qiáng)小，大氣壓會把地窖底部的廢氣壓上去，從而抽出廢氣。

通風(fēng)裝置上部用彈簧固定一個(gè)倒放的機(jī)翼片，一是可以防雨，二是能加大空氣流速。如果風(fēng)速過大，機(jī)翼片在壓強(qiáng)作用下，壓迫彈簧向下移動，使封氣閥封閉氣流通道，保證凜冽的寒風(fēng)不會大量進(jìn)入地窖，以防止農(nóng)產(chǎn)品被凍壞。

安徽省蕭縣中學(xué) 楊心語 張雅寧 吳雨晗

指導(dǎo)老師 李 峰